DE102018122535B4 - Planetary gear device and gas turbine engine - Google Patents
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Abstract
Planetengetriebevorrichtung (30) für eine Strömungsmaschine (10) mit einem Planetenträger (34) und wenigstens einem auf einer Trägereinrichtung (29) drehbar angeordneten Planetenrad (32), wobei das Planetenrad (32) in axialer Richtung zwischen zwei Planetenträgerbereichen (34A, 34B) angeordnet ist, mit welchen jeweils mindestens eine Trägereinrichtung (29) drehfest verbunden ist, wobei zwischen der Trägereinrichtung (29) und den Planetenträgerbereichen (34A, 34B) jeweils eine Keilhülse (25, 70) angeordnet ist, über die jeweils eine Pressverbindung zwischen der Trägereinrichtung (29) und den Planetenträgerbereichen (34A, 34B) hergestellt ist, und wobei radial zwischen wenigstens einer der Keilhülsen (25, 70) und einem Planetenträgerbereich ( 34A, 34B) eine Hülse (50, 74) vorgesehen ist.Planetary gear device (30) for a turbomachine (10) with a planetary carrier (34) and at least one planetary gear (32) rotatably arranged on a carrier device (29), the planetary gear (32) being arranged in the axial direction between two planetary carrier regions (34A, 34B). is, with which at least one carrier device (29) is connected in a rotationally fixed manner, a wedge sleeve (25, 70) being arranged between the carrier device (29) and the planet carrier regions (34A, 34B), via which a press connection between the carrier device ( 29) and the planet carrier regions (34A, 34B), and wherein a sleeve (50, 74) is provided radially between at least one of the wedge sleeves (25, 70) and a planet carrier region (34A, 34B).
Description
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Planetengetriebevorrichtung für eine Strömungsmaschine mit einem Planetenträger und wenigstens einem darauf drehbar angeordneten Planetenrad sowie auf ein Gasturbinentriebwerk.The present disclosure relates to a planetary gear device for a turbomachine with a planetary carrier and at least one planetary gear rotatably arranged thereon, and to a gas turbine engine.
Aus der
Eine aus der
Eine zweiteilige Kombination aus Planetennabe und Abtriebswelle einer Planetenuntersetzungsgetriebe-Antriebsanordnung ist in der
Der vorliegenden Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, eine durch eine hohe Lebensdauer gekennzeichnete sowie eine einfach zu montierende Planetengetriebevorrichtung sowie ein mit einer solchen Planetengetriebevorrichtung ausgeführtes Gasturbinentriebwerk zur Verfügung zu stellen.The present disclosure is based on the object of providing a planetary gear device that is characterized by a long service life and is easy to assemble, as well as a gas turbine engine designed with such a planetary gear device.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Planetengetriebevorrichtung für eine Strömungsmaschine mit einem Planetenträger und mit wenigstens einem auf einer drehfest mit dem Planetenträger verbundenen Trägereinrichtung drehbar angeordneten Planetenrad bereitgestellt. Das Planetenrad ist in axialer Richtung zwischen zwei Planetenträgerbereichen angeordnet, mit welchen mindestens eine Trägereinrichtung drehfest verbunden ist. Auf der Trägereinrichtung ist das Planetenrad drehbar gelagert. Zwischen der Trägereinrichtung und den Planetenträgerbereichen ist jeweils eine Keilhülse angeordnet, über die jeweils eine Pressverbindung zwischen der Trägereinrichtung und den Planetenträgerbereichen hergestellt ist. Zusätzlich ist radial zwischen wenigstens einer der Keilhülsen und einem Planetenträgerbereich eine Hülse vorgesehen.According to a first aspect, a planetary gear device for a turbomachine is provided with a planet carrier and with at least one planet gear rotatably arranged on a carrier device connected in a rotationally fixed manner to the planet carrier. The planet gear is arranged in the axial direction between two planet carrier regions, to which at least one carrier device is connected in a rotationally fixed manner. The planetary gear is rotatably mounted on the carrier device. A wedge sleeve is arranged between the carrier device and the planet carrier areas, via which a press connection is established between the carrier device and the planet carrier areas. In addition, a sleeve is provided radially between at least one of the wedge sleeves and a planet carrier area.
Dadurch wird erreicht, dass selbst bei einer einteiligen Ausführung des Planetenträgers ein Durchmesserbereich der Trägereinrichtung axial zwischen den beiden Planetenträgerbereichen montierbar ist, dessen Durchmesser größer ist als die Durchmesser der Bereiche der Trägereinrichtung, mit welchen die Trägereinrichtung in die Planetenträgerbereiche eingreift.This ensures that even with a one-piece design of the planet carrier, a diameter area of the carrier device can be mounted axially between the two planet carrier areas, the diameter of which is larger than the diameter of the areas of the carrier device with which the carrier device engages in the planet carrier areas.
Dies bietet die Möglichkeit sowohl bei einer einteiligen als auch bei einer mehrteiligen Ausführung des Planetenträgers jeweils konstruktiv gleichausgebildete Trägereinrichtungen zu verwenden und damit die Planetengetriebevorrichtung mit geringen Fertigungskosten herzustellen.This offers the possibility of using carrier devices of the same structural design both in a one-piece and in a multi-part design of the planet carrier and thus producing the planetary gear device with low manufacturing costs.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Keilhülse zumindest bereichsweise mit einer Außenseite mit einer Innenseite der Hülse in Wirkverbindung steht. Die Außenseite der Keilhülse und die Innenseite der Hülse können so aufeinander abgestimmt sein, dass eine Montage der Keilhülse zwischen der Hülse und der Trägereinrichtung vereinfacht und eine drehfeste Verbindung zwischen dem Planetenträgerbereich und der Trägereinrichtung gewährleistbar ist.It can be provided that the wedge sleeve is at least partially in operative connection with an outside and an inside of the sleeve. The outside of the wedge sleeve and the inside of the sleeve can be coordinated with one another in such a way that assembly of the wedge sleeve between the sleeve and the carrier device is simplified and a rotation-proof connection between the planet carrier area and the carrier device can be ensured.
Steht die Keilhülse zumindest bereichsweise mit einer Innenseite mit einer Außenseite der Trägereinrichtung in Wirkverbindung und sind die Innenseite der Keilhülse und die Außenseite des Trägerbereiches aufeinander abgestimmt, ist wiederum eine Montage der Planetengetriebevorrichtung auf einfache Art und Weise durchführbar und die gewünschte drehfeste Verbindung zwischen der Trägereinrichtung und dem Planetenträger im erforderlichen Umfang herstellbar.If the wedge sleeve is at least partially in operative connection with an inside with an outside of the carrier device and the inside of the wedge sleeve and the outside of the carrier area are coordinated with one another, assembly of the planetary gear device can be carried out in a simple manner and the desired rotation-proof connection between the carrier device and The planet carrier can be produced to the required extent.
Ist bzw. sind die Außenseite und/oder die Innenseite der Keilhülse zumindest bereichsweise konusförmig oder zylinderförmig ausgebildet, ist die Keilhülse mit geringen Fügekräften zwischen der Hülse und der Trägereinrichtung positionierbar.If the outside and/or the inside of the wedge sleeve is or are at least partially conical or cylindrical, the wedge sleeve can be positioned with low joining forces between the sleeve and the carrier device.
Die Innenseite der Hülse kann zumindest bereichsweise konusförmig oder zylinderförmig ausgebildet sein, um eine Montage der Hülse und der Keilhülse mit geringen Fügekräften durchführen zu können.The inside of the sleeve can be conical or cylindrical, at least in some areas, in order to be able to assemble the sleeve and the wedge sleeve with low joining forces.
Gemäß einem weiteren Aspekt steht die Hülse zumindest bereichsweise mit einer Außenseite mit einer Innenseite des Planetenträgerbereiches in Wirkverbindung.According to a further aspect, the sleeve has an outside at least in some areas with an inside of the planet carrier area in operative connection.
Ein Außendurchmesser der Stirnfläche der Hülse ist gemäß einem weiteren Aspekt größer als der Durchmesser der Stirnfläche der Trägereinrichtung und zumindest der die Stirnfläche der Trägereinrichtung radial umfassende Flächenbereich der Stirnfläche der Hülse ist mit einem funkenfreien Material ausgeführt.According to a further aspect, an outer diameter of the end face of the sleeve is larger than the diameter of the end face of the carrier device and at least the surface area of the end face of the sleeve that radially encompasses the end face of the carrier device is made of a non-sparking material.
Damit ist die Hülse mit einer axialen Anlauffläche für das auf der Trägereinrichtung drehbar gelagerte Planetenrad ausgeführt. Zusätzlich ist durch das funkenfreie Material im Bereich der Anlauffläche der Hülse für das Planetenrad gewährleistet, dass bei einer Anlage des Planetenrades bzw. dessen Lagers an der Stirnfläche der Hülse die Entstehung von Funken verhindert ist. Dadurch ist wiederum auf konstruktiv einfache Art und Weise eine Brandgefahr innerhalb eines Strahltriebwerkes eines Flugzeuges reduziert.The sleeve is thus designed with an axial contact surface for the planetary gear rotatably mounted on the carrier device. In addition, the spark-free material in the area of the contact surface of the sleeve for the planetary gear ensures that the formation of sparks is prevented when the planetary gear or its bearing rests on the end face of the sleeve. This in turn reduces the risk of fire within a jet engine of an aircraft in a structurally simple manner.
Liegt die Hülse zwischen den Planetenträgerbereichen zumindest bereichsweise mit einer Stirnfläche an einer Stirnfläche der Trägereinrichtung an, ist ein Lastpfad während eines Einschiebevorganges der Keilhülse zwischen der Hülse und der Trägereinrichtung auf einfache Art und Weise durch die Trägereinrichtung geschlossen. Damit sind Verformungen bzw. Auslenkungen der Planetenträgerbereiche während des Einschiebevorganges der Keilhülse auf konstruktiv einfache Art und Weise vermieden bzw. reduziert.If the sleeve between the planet carrier regions rests at least in some areas with an end face on an end face of the carrier device, a load path is closed in a simple manner by the carrier device during an insertion process of the wedge sleeve between the sleeve and the carrier device. This means that deformations or deflections of the planet carrier areas during the insertion process of the wedge sleeve are avoided or reduced in a structurally simple manner.
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles kann es vorgesehen sein, dass die Stirnfläche der Hülse, die mit dem funkenfreien Material ausgeführt ist, und die Stirnfläche der Hülse, mit der die Hülse an der Stirnfläche der Trägereinrichtung anliegt, in einer gemeinsamen axialen Ebene liegen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass die mit der Stirnfläche der Trägereinrichtung zusammenwirkende Stirnfläche der Hülse axial gegenüber der als Anlauffläche vorgesehenen Stirnfläche der Hülse mit geringerem Außendurchmesser vorkragt und die Hülse in ihrem der Stirnfläche der Trägereinrichtung zugewandten Bereich gestuft ausgebildet ist.Depending on the respective application, it can be provided that the end face of the sleeve, which is made with the spark-free material, and the end face of the sleeve, with which the sleeve rests on the end face of the carrier device, lie in a common axial plane. In addition, there is the possibility that the end face of the sleeve, which interacts with the end face of the carrier device, protrudes axially relative to the end face of the sleeve provided as a contact surface with a smaller outer diameter and the sleeve is designed to be stepped in its area facing the end face of the carrier device.
Die Hülse weist bei einer weiteren Ausführungsform der Planetengetriebevorrichtung einen radial nach außen weisenden Ringbund auf, dessen Außendurchmesser größer ist als der Durchmesser der Innenseite des Planetenträgerbereiches, mit der die Außenseite der Hülse in Wirkverbindung steht. Dabei bildet der Ringbund der Hülse auf konstruktiv einfache Art und Weise in axialer Richtung einen Anschlag über den eine Bewegung der Hülse in axialer Einschubrichtung der Hülse in den Planetenträgerbereich begrenzt ist.In a further embodiment of the planetary gear device, the sleeve has a radially outwardly pointing annular collar, the outer diameter of which is larger than the diameter of the inside of the planet carrier area, with which the outside of the sleeve is in operative connection. The annular collar of the sleeve forms a stop in the axial direction in a structurally simple manner, via which movement of the sleeve in the axial direction of insertion of the sleeve into the planet carrier area is limited.
Gemäß einem weiteren Aspekt liegt die Hülse mit einer einer Seitenfläche des Planetenträgerbereiches zugewandten Stirnfläche des Ringbundes an der Seitenfläche des Planetenträgerbereiches an, womit aufgrund der zwischen der Stirnfläche des Ringbundes und der Seitenfläche vorherrschenden Reibschlusses zusätzlich eine Verdrehsicherung der Hülse gegenüber dem Planetenträgerbereich zur Verfügung steht.According to a further aspect, the sleeve rests against the side surface of the planet carrier area with an end face of the ring collar facing a side surface of the planet carrier area, which means that the sleeve is additionally secured against rotation relative to the planet carrier area due to the frictional connection prevailing between the end face of the ring collar and the side surface.
Zwischen der Stirnseite des Ringbundes und der Seitenfläche des Planetenträgerbereiches kann eine formschlüssige Verbindung vorgesehen sein, über den eine Relativdrehbewegung zwischen dem Planetenträgerbereich und der Hülse zumindest teilweise gesperrt ist.A positive connection can be provided between the end face of the ring collar and the side surface of the planet carrier area, via which a relative rotational movement between the planet carrier area and the sleeve is at least partially blocked.
Hierfür kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass an der Stirnseite des Ringbundes eine die Stirnseite überragende Nase, Sicke oder dergleichen vorgesehen ist, die in eine damit korrespondierende Aussparung der Seitenfläche des Planetenträgerbereiches mit einer entsprechenden Spielpassung eingreift. Über die Spielpassung ist gewährleistet, dass der Formschluss zwischen der Hülse und dem Planetenträgerbereich während der Montage der Planetengetriebevorrichtung auf einfache Art und Weise herstellbar ist.For this purpose, it can be provided, for example, that on the front side of the ring collar there is a nose, bead or the like which projects beyond the front side and which engages in a corresponding recess in the side surface of the planet carrier area with a corresponding clearance fit. The clearance fit ensures that the positive connection between the sleeve and the planet carrier area can be produced in a simple manner during assembly of the planetary gear device.
Gemäß einem weiteren Aspekt sind der Außendurchmesser der Außenseite der Hülse und der Innendurchmesser der mit der Hülse zusammenwirkenden Innenseite des Planetenträgerbereiches so aufeinander abgestimmt, dass vor der Montage der Keilhülse zwischen der Hülse und der Trägereinrichtung eine Übermaßpassung vorliegt.According to a further aspect, the outer diameter of the outside of the sleeve and the inner diameter of the inside of the planet carrier area interacting with the sleeve are coordinated with one another in such a way that there is an interference fit between the sleeve and the carrier device before the wedge sleeve is installed.
Dabei kann die Übermaßpassung im Bereich zwischen 10 µm und 40 µm, vorzugsweise 20 µm bis 30 µm, beispielsweise 25 µm betragen. Dadurch ist wiederum gewährleistbar, dass die Hülse mit vergleichsweise geringen Fügekräften in den Planetenträgerbereich einschiebbar ist und andererseits in definiertem Umfang am Planetenträgerbereich angebracht ist und während der Montage der Keilhülse in der montierten Position verbleibt.The excess fit can be in the range between 10 µm and 40 µm, preferably 20 µm to 30 µm, for example 25 µm. This in turn ensures that the sleeve can be inserted into the planet carrier area with comparatively low joining forces and, on the other hand, is attached to the planet carrier area to a defined extent and remains in the assembled position during assembly of the wedge sleeve.
Gemäß einem weiteren Aspekt steht die weitere Keilhülse zumindest bereichsweise mit einer Außenseite mit einer Innenseite einer weiteren Hülse oder direkt mit einer Innenseite des zugeordneten Planetenträgerbereiches in Wirkverbindung. Zusätzlich sind die Außenseite der Keilhülse und die Innenseite der Hülse oder die Innenseite des Planetenträgerbereiches aufeinander abgestimmt. Damit ist wiederum eine Montage der Hülse und/oder der Keilhülse mit vergleichsweise geringen Fügekräften durchführbar und die drehfeste Verbindung zwischen dem Planetenträger und der Trägereinrichtung herstellbar.According to a further aspect, the further wedge sleeve is at least partially in operative connection with an outside with an inside of a further sleeve or directly with an inside of the associated planet carrier area. In addition, the outside of the wedge sleeve and the inside of the sleeve or the inside of the planet carrier area are coordinated with one another. This means that the sleeve and/or the wedge sleeve can be assembled with comparatively low joining forces th can be carried out and the rotation-proof connection between the planet carrier and the carrier device can be established.
Die Montage wird gemäß einem weiteren Aspekt dadurch vereinfacht, wenn die Innenseite der weiteren Hülse und/oder die Innenseite des Planetenträgerbereiches zumindest bereichsweise konusförmig oder zylinderförmig ausgebildet ist/sind.According to a further aspect, assembly is simplified if the inside of the further sleeve and/or the inside of the planet carrier area is/are at least partially conical or cylindrical.
Bei weiteren Ausführungen der Planetengetriebevorrichtung ist der Planetenträger einstückig oder mehrteilig ausgebildet.In further embodiments of the planetary gear device, the planet carrier is designed in one piece or in several parts.
Wie hier an anderer Stelle angeführt wird, kann sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk beziehen. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann einen Triebwerkskern umfassen, der eine Turbine, einen Brennraum, einen Verdichter und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Kernwelle umfasst. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann ein Gebläse (mit Gebläseschaufeln) umfassen, das stromaufwärts des Triebwerkskerns positioniert ist.As noted elsewhere herein, the present disclosure may relate to a gas turbine engine. Such a gas turbine engine may include an engine core that includes a turbine, a combustion chamber, a compressor, and a core shaft connecting the turbine to the compressor. Such a gas turbine engine may include a fan (with fan blades) positioned upstream of the engine core.
Anordnungen der vorliegenden Offenbarung können insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Gebläse, die über ein Getriebe angetrieben werden, von Vorteil sein. Entsprechend kann das Gasturbinentriebwerk ein Getriebe umfassen, das einen Eingang von der Kernwelle empfängt und Antrieb für das Gebläse zum Antreiben des Gebläses mit einer niedrigeren Drehzahl als die Kernwelle abgibt. Der Eingang für das Getriebe kann direkt von der Kernwelle oder indirekt von der Kernwelle, beispielsweise über eine Stirnwelle und/oder ein Stirnzahnrad, erfolgen. Die Kernwelle kann mit der Turbine und dem Verdichter starr verbunden sein, so dass sich die Turbine und der Verdichter mit derselben Drehzahl drehen (wobei sich das Gebläse mit einer niedrigeren Drehzahl dreht). Dabei kann das Getriebe als eine vorstehend näher beschriebene Planetengetriebevorrichtung ausgeführt sein.Arrangements of the present disclosure may be particularly, but not exclusively, advantageous for gear driven fans. Accordingly, the gas turbine engine may include a gearbox that receives input from the core shaft and delivers drive to the fan for driving the fan at a lower speed than the core shaft. The input for the gearbox can come directly from the core shaft or indirectly from the core shaft, for example via a spur shaft and/or a spur gear. The core shaft may be rigidly connected to the turbine and compressor so that the turbine and compressor rotate at the same speed (with the fan rotating at a lower speed). The transmission can be designed as a planetary gear device described in more detail above.
Das Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und beansprucht wird, kann eine beliebige geeignete allgemeine Architektur aufweisen. Beispielsweise kann das Gasturbinentriebwerk eine beliebige gewünschte Anzahl an Wellen, die Turbinen und Verdichter verbinden, beispielsweise eine, zwei oder drei Wellen, aufweisen. Lediglich beispielhaft kann die mit der Kernwelle verbundene Turbine eine erste Turbine sein, der mit der Kernwelle verbundene Verdichter kann ein erster Verdichter sein und die Kernwelle kann eine erste Kernwelle sein. Der Triebwerkskern kann ferner eine zweite Turbine, einen zweiten Verdichter und eine zweite Kernwelle, die die zweite Turbine mit dem zweiten Verdichter verbindet, umfassen. Die zweite Turbine, der zweite Verdichter und die zweite Kernwelle können dahingehend angeordnet sein, sich mit einer höheren Drehzahl als die erste Kernwelle zu drehen.The gas turbine engine described and claimed herein may have any suitable general architecture. For example, the gas turbine engine may include any desired number of shafts connecting turbines and compressors, such as one, two, or three shafts. By way of example only, the turbine connected to the core shaft can be a first turbine, the compressor connected to the core shaft can be a first compressor, and the core shaft can be a first core shaft. The engine core may further include a second turbine, a second compressor, and a second core shaft connecting the second turbine to the second compressor. The second turbine, the second compressor, and the second core shaft may be arranged to rotate at a higher speed than the first core shaft.
Bei solch einer Anordnung kann der zweite Verdichter axial stromabwärts des ersten Verdichters positioniert sein. Der zweite Verdichter kann dahingehend angeordnet sein, Strömung von dem ersten Verdichter aufzunehmen (beispielsweise direkt aufzunehmen, beispielsweise über einen allgemein ringförmigen Kanal).In such an arrangement, the second compressor may be positioned axially downstream of the first compressor. The second compressor may be arranged to receive flow from the first compressor (e.g., receive directly, for example, via a generally annular channel).
Das Getriebe kann dahingehend angeordnet sein, von der Kernwelle, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen, (beispielsweise die erste Kernwelle in dem obigen Beispiel) angetrieben zu werden. Beispielsweise kann das Getriebe dahingehend angeordnet sein, lediglich von der Kernwelle, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen, (beispielsweise nur von der ersten Kernwelle und nicht der zweiten Kernwelle bei dem obigen Beispiel) angetrieben zu werden. Alternativ dazu kann das Getriebe dahingehend angeordnet sein, von einer oder mehreren Wellen, beispielsweise der ersten und/oder der zweiten Welle in dem obigen Beispiel, angetrieben zu werden.The transmission may be arranged to be driven by the core shaft configured to rotate (e.g. in use) at the lowest speed (e.g. the first core shaft in the example above). For example, the transmission may be arranged to be driven only by the core shaft configured to rotate (e.g. in use) at the lowest speed (e.g. only by the first core shaft and not the second core shaft in the example above). become. Alternatively, the transmission may be arranged to be driven by one or more shafts, for example the first and/or the second shaft in the above example.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen der vorstehend näher beschriebenen Planetengetriebevorrichtung vorgeschlagen. Dabei wird eine Position der Innenseite des Planetenträgerbereiches ermittelt und bei Erkennen einer Abweichung der ermittelten Position von einer vordefinierten Position wird/werden die Innenseite und/oder die Außenseite der Hülse in Abhängigkeit der Abweichung gefertigt.According to a further aspect, a method for producing the planetary gear device described in more detail above is proposed. A position of the inside of the planet carrier area is determined and when a deviation of the determined position from a predefined position is detected, the inside and/or the outside of the sleeve is/are manufactured depending on the deviation.
Dadurch sind Fertigungstoleranzen im Bereich des Planetenträgers auf einfache Art und Weise ausgleichbar und die Herstellkosten der Planetengetriebevorrichtung mit geringem Aufwand im Vergleich zu herkömmlich gefertigten Planetengetriebevorrichtungen reduzierbar. Des Weiteren ist durch die exaktere Positionierung der Planetenräder im Planetenträger zueinander die Planetengetriebevorrichtung mit geringerem Bauteilgewicht ausführbar und mit einem höheren Wirkungsgrad betreibbar, da im Bereich der Zahneingriffe der Planetengetriebevorrichtung ein gewünschtes Abwälzverhalten gewährleistet werden kann.As a result, manufacturing tolerances in the area of the planet carrier can be compensated for in a simple manner and the manufacturing costs of the planetary gear device can be reduced with little effort compared to conventionally manufactured planetary gear devices. Furthermore, due to the more precise positioning of the planet gears in the planet carrier relative to one another, the planetary gear device can be designed with a lower component weight and can be operated with a higher degree of efficiency, since a desired rolling behavior can be ensured in the area of the tooth meshing of the planetary gear device.
Eine Fügekraft kann während des Einschiebens der Hülse in den Planetenträgerbereich und/oder während des Einschiebens der Keilhülse in den Planetenträgerbereich oder in die Hülse konstant gehalten oder variiert werden.A joining force can be kept constant or varied during the insertion of the sleeve into the planet carrier area and/or during the insertion of the wedge sleeve into the planet carrier area or into the sleeve.
Der Planetenträgerbereich kann vor dem Einschieben der Hülse und/oder der Keilhülse in Bezug auf eine Umgebungstemperatur erwärmt und/oder die Hülse und/oder die Keilhülse in Bezug auf die Umgebungstemperatur abgekühlt werden, um die Hülse und/oder die Keilhülse mit geringen Fügekräften einschieben zu können.The planet carrier area can be inserted before inserting the sleeve and/or the wedge sleeve Heated in relation to an ambient temperature and / or the sleeve and / or the wedge sleeve are cooled in relation to the ambient temperature in order to be able to insert the sleeve and / or the wedge sleeve with low joining forces.
Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass während des Einschiebens der Keilhülse zwischen den Planetenträgerbereich und das Trägerelement bzw. zwischen die Hülse und das Trägerelement Öl unter Druck zwischen der Außenseite der Keilhülse und der Innenseite der Hülse oder der Innenseite des Planetenträgerbereiches und/oder zwischen der Innenseite der Keilhülse und der Außenseite der Trägereinrichtung eingeleitet wird.Furthermore, it can be provided that during the insertion of the wedge sleeve between the planet carrier area and the carrier element or between the sleeve and the carrier element, oil under pressure between the outside of the wedge sleeve and the inside of the sleeve or the inside of the planet carrier area and / or between the Inside of the wedge sleeve and the outside of the carrier device is initiated.
Es werden nun beispielhaft Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren beschrieben; in den Figuren zeigen:
-
1 eine Längsschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks; -
2 eine vergrößerte Teillängsschnittansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts eines Gasturbinentriebwerks; -
3 eine Alleindarstellung eines Getriebes für ein Gasturbinentriebwerk; -
4 eine Teillängsschnittansicht eines Planetenträgers, einer Trägereinrichtung, einer Keilhülse und einer Hülse des Getriebes gemäß3 in montiertem Zustand; -
5 eine4 entsprechende Darstellung des Planetenträgers, der Trägereinrichtung, der Hülse und der Keilhülse, wobei eine Innenseite der Hülse und eine Außenseite der Keilhülse konusförmig ausgeführt sind; -
6 eine4 entsprechende Darstellung des Planetenträgers, der der Trägereinrichtung, der Hülse und der Keilhülse, wobei eine Innenseite der Keilhülse und eine Außenseite der Trägereinrichtung wenigstens annähernd zylinderförmig ausgeführt sind; -
7 eine4 entsprechende Darstellung des Planetenträgers, der Trägereinrichtung, der Hülse und der Keilhülse, wobei die Hülse in einer der Trägereinrichtung zugewandten Stirnfläche mit einem funkenfreien Material ausgebildet ist; -
8 eine stark schematisierte Teildarstellung des Planetenträgers, der Trägereinrichtung sowie der Hülse und zwei Keilhülsen in vollständig montiertem Zustand, in dem über die Keilhülsen eine drehfeste Verbindung zwischen dem Planetenträger und der Trägereinrichtung hergestellt ist; und -
9 eine8 entsprechende Darstellung des Planetenträgers, des Trägerelementes, der Hülse und einer weiteren Hülse sowie der Keilhülsen, wobei eine der Keilhülsen lediglich in teilmontiertem Zustand gezeigt ist.
-
1 a longitudinal sectional view of a gas turbine engine; -
2 an enlarged partial longitudinal sectional view of an upstream portion of a gas turbine engine; -
3 a sole representation of a gearbox for a gas turbine engine; -
4 a partial longitudinal section view of a planet carrier, a carrier device, a wedge sleeve and a sleeve of the transmission according to3 in assembled condition; -
5 one4 corresponding representation of the planet carrier, the carrier device, the sleeve and the wedge sleeve, with an inside of the sleeve and an outside of the wedge sleeve being conical; -
6 one4 corresponding representation of the planet carrier, the carrier device, the sleeve and the wedge sleeve, an inside of the wedge sleeve and an outside of the carrier device being at least approximately cylindrical; -
7 one4 Corresponding representation of the planet carrier, the carrier device, the sleeve and the wedge sleeve, the sleeve being formed with a non-sparking material in an end face facing the carrier device; -
8th a highly schematic partial representation of the planet carrier, the carrier device as well as the sleeve and two wedge sleeves in a fully assembled state, in which a rotation-proof connection is established between the planet carrier and the carrier device via the wedge sleeves; and -
9 one8th Corresponding representation of the planet carrier, the carrier element, the sleeve and another sleeve as well as the wedge sleeves, with one of the wedge sleeves only being shown in a partially assembled state.
Im Gebrauch wird der Kernluftstrom A durch den Niederdruckverdichter 14 beschleunigt und verdichtet und in den Hochdruckverdichter 15 geleitet, wo eine weitere Verdichtung erfolgt. Die aus dem Hochdruckverdichter 15 ausgestoßene verdichtete Luft wird in die Verbrennungseinrichtung 16 geleitet, wo sie mit Kraftstoff vermischt wird und das Gemisch verbrannt wird. Die resultierenden heißen Verbrennungsprodukte breiten sich dann durch die Hochdruck- und die Niederdruckturbine 17, 19 aus und treiben diese dadurch an, bevor sie zur Bereitstellung einer gewissen Schubkraft durch die Düse 20 ausgestoßen werden. Die Hochdruckturbine 17 treibt den Hochdruckverdichter 15 durch eine geeignete Verbindungswelle bzw. Welle 27 an, die auch als Kernwelle bezeichnet wird. Das Gebläse 23 stellt allgemein den Hauptteil der Schubkraft bereit. Das Epizykloidengetriebe 30 ist ein Untersetzungsgetriebe.In use, the core air flow A is accelerated and compressed by the low-
Eine beispielhafte Anordnung für ein Getriebegebläse-Gasturbinentriebwerk 10 wird in
Es wird angemerkt, dass die Begriffe „Niederdruckturbine“ und „Niederdruckverdichter“, so wie sie hier verwendet werden, so aufgefasst werden können, dass sie die Turbinenstufe mit dem niedrigsten Druck bzw. die Verdichterstufe mit dem niedrigsten Druck (d. h. dass sie nicht das Gebläse 23 umfassen) und/oder die Turbinen- und Verdichterstufe, die durch die Welle 26 mit der niedrigsten Drehzahl in dem Triebwerk (d. h. dass sie nicht die Getriebeausgangswelle, die das Gebläse 23 antreibt, umfasst) miteinander verbunden sind, bedeuten. In einigen Schriften können die „Niederdruckturbine“ und der „Niederdruckverdichter“, auf die hier Bezug genommen wird, alternativ dazu als die „Mitteldruckturbine“ und „Mitteldruckverdichter“ bekannt sein. Bei der Verwendung derartiger alternativer Nomenklatur kann das Gebläse 23 als eine erste Verdichtungsstufe oder Verdichtungsstufe mit dem niedrigsten Druck bezeichnet werden.It is noted that the terms “low pressure turbine” and “low pressure compressor” as used herein may be construed to mean the lowest pressure turbine stage and the lowest pressure compressor stage, respectively (i.e., not the fan 23) and/or the turbine and compressor stages interconnected by the
Das Epizykloidengetriebe 30 wird in
Das in
Es versteht sich, dass die in
Entsprechend dehnt sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk mit einer beliebigen Anordnung der Getriebearten (beispielsweise sternförmig oder planetenartig), Stützstrukturen, Eingangs- und Ausgangswellenanordnung und Lagerpositionierungen aus.Accordingly, the present disclosure extends to a gas turbine engine with any arrangement of gear types (e.g., star or planetary), support structures, input and output shaft arrangements, and bearing positionings.
Optional kann das Getriebe Neben- und/oder alternative Komponenten (z. B. den Mitteldruckverdichter und/oder einen Nachverdichter) antreiben.Optionally, the transmission can drive auxiliary and/or alternative components (e.g. the medium-pressure compressor and/or a booster compressor).
Andere Gasturbinentriebwerke, bei denen die vorliegende Offenbarung Anwendung finden kann, können alternative Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und/oder Turbinen und/oder eine alternative Anzahl an Verbindungswellen aufweisen. Als ein weiteres Beispiel weist das in
Die Geometrie des Gasturbinentriebwerks 10 und Komponenten davon wird bzw. werden durch ein herkömmliches Achsensystem definiert, das eine axiale Richtung (die auf die Drehachse 9 ausgerichtet ist), eine radiale Richtung (in der Richtung von unten nach oben in
Die Hülse 50 ist radial zwischen der Keilhülse 25 und dem Planetenträgerbereich 34A angeordnet und steht bereichsweise mit einer Außenseite 51 mit einer Innenseite 52 einer Bohrung 53 des Planetenträgerbereiches 34A in Wirkverbindung. The
Eine Innenseite 54 der Hülse 50 ist wiederum mit einer Außenseite 55 der Keilhülse 25 in Eingriff. Zusätzlich liegt die Keilhülse 25 mit einer Innenseite 56 an einer Außenseite 57 der Trägereinrichtung 29 an.An inside 54 of the
Dabei ist es vorgesehen, dass jedes der Planetenräder 32 des Planetengetriebes 30 auf einer separaten Trägereinrichtung 29 drehbar angeordnet ist und dass jede Trägereinrichtung 29 endseitig über jeweils eine Keilhülse 25 mit in axialer Richtung des Planetengetriebes 30 zueinander beabstandeten und fest mit einander verbundenen Planetenträgerbereichen 34A des Planetenträgers 34 drehfest in Wirkverbindung steht. Die Trägereinrichtungen 29 sind im Bereich ihrer beiden Enden beispielsweise kegelförmig zulaufend ausgebildet und wirken mit diesen Endbereichen über jeweils eine Keilhülse 25 und jeweils eine Hülse 50 mit den Planetenträgerbereichen 34A des Planetenträgers 34 zusammen.It is provided that each of the planet gears 32 of the
Da die Keilhülsen 25 und die jeweils damit zusammenwirkenden Planetenträgerbereiche 34A des Planetenträgers 34 und die Trägereinrichtungen 29 bei dem in
Der Verlauf des Innendurchmessers D56 der Innenseite 56 der Keilhülse 25 und der Verlauf des Außendurchmessers D57 der Außenseite 57 der Trägereinrichtung 29 sind so aufeinander abgestimmt, dass in vollständig gefügtem Betriebszustand der Keilhülse 25 im Überlappungsbereich zwischen der konusförmigen Innenseite 56 der Keilhülse 25 und der konusförmigen bzw. kegelförmigen Außenseite 57 der Trägereinrichtung 29 eine Übermaßpassung vorliegt. Dabei ist die Übermaßpassung derart, dass durch die Keilhülse 25 auf jeden Fall eine drehfeste Verbindung zwischen der Trägereinrichtung 29 und dem Planetenträger 34 hergestellt ist.The course of the inside diameter D56 of the inside 56 of the
Zusätzlich sind der Verlauf des Außendurchmessers D51 der vorliegend zylinderförmig ausgebildeten Außenseite 51 der Hülse 50 und der Verlauf des Innendurchmessers D52 der ebenfalls zylinderförmig ausgebildeten Innenseite 52 des Planetenträgerbereiches 34A so aufeinander abgestimmt, dass in vollständig gefügtem Betriebszustand der Hülse 50 im Überlappungsbereich zwischen dem Planetenträgerbereich 34A und der Hülse 50 eine Übermaßpassung vorliegt, wobei die Übermaßpassung in diesem Bereich geringer ist als die Übermaßpassung zwischen der Keilhülse 25 und der Trägereinrichtung 29.In addition, the course of the outer diameter D51 of the presently cylindrical outside 51 of the
Die Hülse 50 weist einen radial nach außen weisenden Ringbund 58 auf, dessen Außendurchmesser D58 größer ist als der Durchmesser D52 der Innenseite 52 des Planetenträgerbereiches 34A, mit der die Außenseite 51 der Hülse 50 in Wirkverbindung steht. Damit liegt zwischen der Hülse 50 und dem Planetenträgerbereich 34A auch in radialer Richtung ein Überlappungsbereich vor.The
Ein axialer Abstand zwischen einer Stirnseite 59 der Hülse 50 und einer dem Planetenträgerbereich 34A zugewandten Stirnseite 60 des Ringbundes 58 der Hülse 50 ist bei dem in
Dadurch ist gewährleistet, dass beim Einbau der Keilhülse 25 zwischen der Hülse 50 und der Trägereinrichtung 29 der Kraftfluss der Fügekraft sowohl durch den Planetenträger 34 als auch durch die Trägereinrichtung 29 geschlossen ist und unerwünschte Verbiegungen des Planetenträgerbereiches 34A begrenzt bzw. vollständig vermieden werden.This ensures that when installing the
Abweichend hierzu besteht auch die Möglichkeit, dass der axiale Abstand zwischen der Stirnseite 59 und der Seitenfläche 60 derart ist, dass die Hülse 50 mit ihrer Stirnseite 59 spielfrei an der Stirnseite 61 der Trägereinrichtung 29 anliegt, während die Seitenfläche 60 des Ringbundes 58 in axialer Richtung geringfügig von der Seitenfläche 62 des Planetenträgerbereiches 34A beabstandet ist.Deviating from this, there is also the possibility that the axial distance between the
Ein Außendurchmesser D29 der Trägereinrichtung 29 ist kleiner als der Innendurchmesser D52 der Innenseite 52 des Planetenträgerbereiches 34A, womit die Trägereinrichtung 29 auch bei einer einteiligen Ausführung des Planetenträgers 34 in gewünschtem Umfang bereichsweise zwischen den beiden Planetenträgerbereichen 34A anordenbar ist.An outer diameter D29 of the
Des Weiteren besteht auch die Möglichkeit, dass die Hülse 50 ohne den Ringbund 58 ausgebildet ist und die Hülse 50 zwischen der Stirnseite 59 und ihrer dazu gegenüberliegenden Stirnseite 63 mit einem konstanten Außendurchmesser D51 ausgeführt ist.Furthermore, there is also the possibility that the
Bei der Ausführung der Planetengetriebevorrichtung 30 gemäß
Abweichend hierzu ist bei der Planetengetriebevorrichtung 30 gemäß
Bei der in
Der Planetenträgerbereich 34B liegt im Bereich seiner inneren Seitenfläche 72 an einer Stirnseite 73 der Trägereinrichtung 29 spielfrei an. Damit wird die während des Fügevorgangs der weiteren Keilhülse 70 zwischen dem Planetenträgerbereich 34B und der Trägereinrichtung 29 aufgebrachte Fügekraft in den Planetenträgerbereich 34B eingeleitet und von der Trägereinrichtung 29 in gewünschtem Umfang abgestützt, und es werden während der Montage der weiteren Keilhülse 70 Verformungen bzw. Verbiegungen im Bereich des Planetenträgerbereiches 34B in axialer Richtung der Trägereinrichtung 29 auf konstruktiv einfache Art und Weise vermieden.The
Abweichend hierzu ist auch bei der in
Wiederum abweichend hierzu kann es bei einer weiteren Ausführungsform der Planetengetriebevorrichtung 30 vorgesehen sein, dass sich die Hülse 50 in der in
Während der Montage der Hülse 50 wird diese im Bereich ihrer Stirnseite 63 mit der Fügekraft F in axialer Richtung bzw. in Einschieberichtung beaufschlagt. Der Planetenträgerbereich 34A wird im Bereich der der Stirnseite 73 der Trägereinrichtung 29 abgewandten Stirnseite 61 abgestützt. Dadurch werden unerwünschte Verformungen des Planetenträgers 34 bzw. im Bereich der beiden Planetenträgerbereiche 34A und 34B vermieden.During assembly of the
Die Anordnung der Hülse 50 und/oder der weiteren Hülse 74 in den Bohrungen 53 bzw. 68 der Planetenträgerbereiche 34A bzw. 34B bietet während einer Wartung des Gasturbinentriebwerkes 10 die Möglichkeit, die Planetengetriebevorrichtung 30 zu demontieren, ohne den Planetenträger 34 in nennenswertem Umfang zu belasten. Dies resultiert aus der Tatsache, dass bei der Demontage der Trägereinrichtung 29 lediglich die Keilhülsen 25 und 70 aus dem Eingriff mit der Trägereinrichtung 29 und den Hülse 50 und 74 zu führen sind. Anschließend daran sind die jeweils mit einer wesentlich geringeren Übermaßpassung im Planetenträger 34 angeordneten Hülsen 50 und 74 aus den Planetenträgerbereichen 34A und 34B zu entnehmen, wobei hierfür wesentlich geringere Lösekräfte aufzubringen sind.The arrangement of the
Falls während der Demontage der Hülsen 50 und 74 dennoch Beschädigungen im Bereich der Innenseite 52 und 67 der Bohrungen 53 und 68 verursacht werden, sind diese auf einfache Art und Weise durch entsprechende Nachbearbeitung der Innenseiten der Bohrungen 53 und 68 der Planetenträgerbereiche 34A und 34B behebbar und später mit geringem Aufwand jeweils eine entsprechend angepasste Hülse in den Planetenträgerbereichen 34A und 34B anordenbar.If damage is caused in the area of the inside 52 and 67 of the
Dadurch ist eine Lebensdauer des Planetenträgers 34, der im Vergleich zu den weiteren Bauteilen der Planetengetriebevorrichtung 30 durch hohe Herstellkosten gekennzeichnet ist, mit geringem Aufwand verlängerbar.As a result, the service life of the
Des Weiteren bietet der Einsatz der Hülsen 50 und 74 zusätzlich die Möglichkeit, durch Fertigungsungenauigkeiten verursachte Abweichungen zwischen einer vordefinierten Position der Bohrungen 53 und 68 der Planetenträgerbereiche 34A und 34B von einer vordefinierten Position durch eine entsprechend angepasste Fertigung der Außenseiten 51 und/oder der Innenseiten 54 der Hülsen 50 und 74 auszugleichen. Dadurch sind die Zahneingriffe zwischen den Planetenrädern 34 der Planetengetriebevorrichtung 30 und dem Sonnenrad 28 sowie dem Hohlrad 38 verbesserbar, was sich wiederum positiv auf die Lebensdauer der Planetengetriebevorrichtung 30 auswirkt. Zusätzlich besteht dadurch auch die Möglichkeit, die Bauteile der Planetengetriebevorrichtung 30 mit geringeren Festigkeiten auszuführen, womit die Planetengetriebevorrichtung 30 mit niedrigem Eigengewicht ausführbar ist.Furthermore, the use of the
BezuqszeichenlisteReference character list
- 99
- HauptdrehachseMain axis of rotation
- 1010
- GasturbinentriebwerkGas turbine engine
- 1111
- Kerncore
- 1212
- LufteinlassAir intake
- 1414
- NiederdruckverdichterLow pressure compressor
- 1515
- HochdruckverdichterHigh pressure compressor
- 1616
- VerbrennungseinrichtungCombustion device
- 1717
- HochdruckturbineHigh pressure turbine
- 1818
- BypassschubdüseBypass thrust nozzle
- 1919
- NiederdruckturbineLow pressure turbine
- 2020
- KernschubdüseCore thruster
- 2121
- TriebwerksgondelEngine nacelle
- 2222
- BypasskanalBypass channel
- 2323
- Gebläsefan
- 2424
- StützstrukturSupport structure
- 2525
- Keilhülsewedge sleeve
- 2626
- Welle, KernwelleWave, core wave
- 2727
- WelleWave
- 2828
- Sonnenradsun gear
- 2929
- TrägereinrichtungCarrier facility
- 3030
- Getriebe, PlanetengetriebevorrichtungGearbox, planetary gear device
- 3232
- PlanetenradPlanetary gear
- 3434
- PlanetenträgerPlanet carrier
- 34A, 34B34A, 34B
- PlanetenträgerbereichPlanet carrier area
- 3636
- Gestängelinkage
- 3838
- Hohlradring gear
- 4040
- Gestängelinkage
- 5050
- Hülsesleeve
- 5151
- Außenseite der HülseOutside of the sleeve
- 5252
-
Innenseite der Bohrung des Planetenträgerbereiches 34AInside of the bore of the
planet carrier area 34A - 5353
-
Bohrung des Planetenträgerbereiches 34ABore of the
planet carrier area 34A - 5454
-
Innenseite der Hülse 50Inside of the
sleeve 50 - 5555
-
Außenseite der Keilhülse 25Outside of the
wedge sleeve 25 - 5656
-
Innenseite der Keilhülse 25Inside of the
wedge sleeve 25 - 5757
-
Außenseite der Trägereinrichtung 29Outside of the
carrier device 29 - 5858
- Ringbund der Hülse 5050 sleeve ring collar
- 5959
-
Stirnseite der Hülse 50Front side of the
sleeve 50 - 6060
-
Stirnseite des Ringbundes 58Front side of the
ring collar 58 - 6161
-
Stirnseite der Trägereinrichtung 29Front side of the
carrier device 29 - 6262
- Seitenflächeside surface
- 6363
-
Stirnseite der Hülse 50Front side of the
sleeve 50 - 6464
-
Stirnseite der Keilhülse 25Front side of the
wedge sleeve 25 - 6565
-
Stirnseite der Keilhülse 25Front side of the
wedge sleeve 25 - 6666
-
Stirnseite des Planetenrades 32Front side of the
planet gear 32 - 6767
-
Innenseite des Planetenträgerbereiches 34BInside of the
planet carrier area 34B - 6868
-
Bohrung des Planetenträgerbereiches 34BBore of the
planet carrier area 34B - 6969
-
Außenseite der Trägereinrichtung 29Outside of the
carrier device 29 - 7070
- weitere Keilhülseanother wedge sleeve
- 7171
-
Innenseite der weiteren Keilhülse 70Inside of the
additional wedge sleeve 70 - 7272
-
innere Seitenfläche des Planetenträgerbereiches 34Binner side surface of the
planet carrier area 34B - 7373
-
Stirnseite der Trägereinrichtung 29Front side of the
carrier device 29 - 7474
- weitere Hülseanother sleeve
- 7575
- Linieline
- AA
- KernluftstromCore airflow
- Bb
- BypassluftstromBypass airflow
- D29D29
-
Außendurchmesser der Trägereinrichtung 29Outer diameter of the
carrier device 29 - D51D51
-
Außendurchmesser der Außenseite 51 der Hülse 50Outer diameter of the outside 51 of the
sleeve 50 - D52D52
-
Innendurchmesser der Innenseite 52 des Planetenträgerbereiches 34AInner diameter of the inside 52 of the
planet carrier area 34A - D55D55
-
Außendurchmesser der Außenseite 55 der Keilhülse 25Outer diameter of the outside 55 of the
wedge sleeve 25 - D56D56
-
Innendurchmesser der Innenseite 56 der Keilhülse 25Inner diameter of the inside 56 of the
wedge sleeve 25 - D57D57
-
Außendurchmesser der Außenseite 57 der Trägereinrichtung 29Outer diameter of the outside 57 of the
carrier device 29 - D58D58
-
Außendurchmesser des Ringbundes 58Outer diameter of the
ring collar 58 - FF
- Fügekraftjoining force
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